C++ 结构体 - L29 数据结构

📚 结构体概述

什么是结构体？

结构体（struct）是一种用户自定义的数据类型，它可以将不同类型的数据组合在一起，形成一个整体。结构体非常适合表示具有多个属性的实体。

✅ 数据聚合：将相关数据组织在一起
✅ 类型安全：编译器检查类型匹配
✅ 代码清晰：提高程序可读性
✅ 易于维护：集中管理相关数据
✅ 广泛应用：学生信息、坐标点、日期等

💡 结构体 vs 类：
• struct：默认成员是public，主要用于数据存储
• class：默认成员是private，支持封装和方法
• 在C++中，struct可以包含函数，但通常用于简单数据集合

结构体的定义

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

// 定义结构体
struct Student {
    string name;      // 姓名
    int age;          // 年龄
    double score;     // 成绩
    string major;     // 专业
};

int main() {
    // 创建结构体变量
    Student stu1;
    stu1.name = "张三";
    stu1.age = 18;
    stu1.score = 92.5;
    stu1.major = "计算机科学";
    
    // 访问成员
    cout << "姓名：" << stu1.name << endl;
    cout << "年龄：" << stu1.age << endl;
    cout << "成绩：" << stu1.score << endl;
    cout << "专业：" << stu1.major << endl;
    
    return 0;
}

结构体初始化

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

struct Point {
    double x;
    double y;
};

int main() {
    // 方法1：逐个赋值
    Point p1;
    p1.x = 3.0;
    p1.y = 4.0;
    
    // 方法2：初始化列表
    Point p2 = {1.0, 2.0};
    
    // 方法3：C++11统一初始化
    Point p3{5.0, 6.0};
    
    // 方法4：指定成员初始化（C++20）
    Point p4 = {.x = 7.0, .y = 8.0};
    
    cout << "p1: (" << p1.x << ", " << p1.y << ")" << endl;
    cout << "p2: (" << p2.x << ", " << p2.y << ")" << endl;
    cout << "p3: (" << p3.x << ", " << p3.y << ")" << endl;
    
    return 0;
}

⚙️ 结构体数组

结构体数组的定义和使用

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

struct Student {
    string name;
    int age;
    double score;
};

int main() {
    // 定义结构体数组
    Student students[3];
    
    // 输入学生信息
    students[0] = {"张三", 18, 92.5};
    students[1] = {"李四", 19, 88.0};
    students[2] = {"王五", 20, 95.0};
    
    // 遍历数组
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        cout << "学生" << (i+1) << "：";
        cout << students[i].name << ", ";
        cout << students[i].age << "岁, ";
        cout << "成绩：" << students[i].score << endl;
    }
    
    // 计算平均分
    double total = 0;
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        total += students[i].score;
    }
    cout << "平均分：" << total / 3 << endl;
    
    return 0;
}

动态结构体数组

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;

struct Product {
    string name;
    double price;
    int quantity;
};

int main() {
    // 使用vector实现动态数组
    vector<Product> products;
    
    // 添加商品
    products.push_back({"苹果", 5.5, 100});
    products.push_back({"香蕉", 3.2, 150});
    products.push_back({"橙子", 4.8, 80});
    
    // 遍历显示
    cout << "=== 商品清单 ===" << endl;
    for (const auto& product : products) {
        cout << product.name << ": ";
        cout << "￥" << product.price << " × ";
        cout << product.quantity << "个" << endl;
    }
    
    // 计算总价值
    double totalValue = 0;
    for (const auto& product : products) {
        totalValue += product.price * product.quantity;
    }
    cout << "总价值：￥" << totalValue << endl;
    
    return 0;
}

🎮 互动实验：结构体数组演示

输入学生数量，自动生成结构体数组代码

学生数量：

输入数量后点击按钮...

🛠️ 结构体嵌套

嵌套结构体的定义

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

// 定义日期结构体
struct Date {
    int year;
    int month;
    int day;
};

// 定义学生结构体（嵌套Date）
struct Student {
    string name;
    int age;
    Date birthDate;  // 嵌套结构体
    double score;
};

int main() {
    Student stu;
    stu.name = "张三";
    stu.age = 18;
    stu.birthDate.year = 2006;
    stu.birthDate.month = 5;
    stu.birthDate.day = 15;
    stu.score = 92.5;
    
    // 访问嵌套成员
    cout << "姓名：" << stu.name << endl;
    cout << "生日：" << stu.birthDate.year << "-";
    cout << stu.birthDate.month << "-";
    cout << stu.birthDate.day << endl;
    
    return 0;
}

复杂嵌套示例：地址信息

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

struct Address {
    string province;   // 省
    string city;       // 市
    string district;   // 区
    string street;     // 街道
};

struct Contact {
    string phone;
    string email;
};

struct Person {
    string name;
    int age;
    Address address;   // 嵌套地址
    Contact contact;   // 嵌套联系方式
};

void printPerson(const Person& p) {
    cout << "=== 个人信息 ===" << endl;
    cout << "姓名：" << p.name << endl;
    cout << "年龄：" << p.age << endl;
    cout << "地址：" << p.address.province 
         << p.address.city << p.address.district 
         << p.address.street << endl;
    cout << "电话：" << p.contact.phone << endl;
    cout << "邮箱：" << p.contact.email << endl;
}

int main() {
    Person person;
    person.name = "李四";
    person.age = 25;
    person.address = {"广东省", "深圳市", "南山区", "科技路1号"};
    person.contact = {"13800138000", "lisi@example.com"};
    
    printPerson(person);
    
    return 0;
}

结构体作为函数参数

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

struct Rectangle {
    double width;
    double height;
};

// 传值（拷贝整个结构体）
double calculateArea(Rectangle rect) {
    return rect.width * rect.height;
}

// 传引用（更高效，不拷贝）
void scaleRectangle(Rectangle& rect, double factor) {
    rect.width *= factor;
    rect.height *= factor;
}

// const引用（只读，防止修改）
void printRectangle(const Rectangle& rect) {
    cout << "矩形：" << rect.width << "x" << rect.height << endl;
    cout << "面积：" << calculateArea(rect) << endl;
}

int main() {
    Rectangle rect = {5.0, 3.0};
    
    printRectangle(rect);
    
    // 放大2倍
    scaleRectangle(rect, 2.0);
    printRectangle(rect);
    
    return 0;
}

🚀 结构体与类的区别

主要区别对比

// 结构体：默认public
struct MyStruct {
    int x;           // 默认public，外部可直接访问
    void show() {    // 可以有成员函数
        cout << x << endl;
    }
};

// 类：默认private
class MyClass {
    int x;           // 默认private，外部不能直接访问
public:
    void setX(int val) { x = val; }  // 需要getter/setter
    int getX() { return x; }
    void show() {
        cout << x << endl;
    }
};

int main() {
    MyStruct s;
    s.x = 10;  // ✅ 可以直接访问
    s.show();
    
    MyClass c;
    // c.x = 10;  // ❌ 编译错误，x是private
    c.setX(10);  // ✅ 通过setter设置
    c.show();
    
    return 0;
}

💡 选择建议：
• 使用struct：简单的数据集合，不需要封装
• 使用class：需要封装、继承、多态等OOP特性
• 实际开发：大多数情况使用class更规范

实际应用：学生管理系统

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <algorithm>
using namespace std;

struct Student {
    string name;
    int id;
    double score;
};

// 比较函数（按成绩降序）
bool compareByScore(const Student& a, const Student& b) {
    return a.score > b.score;
}

// 查找学生
int findStudent(const vector<Student>& students, int id) {
    for (size_t i = 0; i < students.size(); i++) {
        if (students[i].id == id) {
            return i;
        }
    }
    return -1;  // 未找到
}

int main() {
    vector<Student> students = {
        {"张三", 1001, 92.5},
        {"李四", 1002, 88.0},
        {"王五", 1003, 95.0}
    };
    
    // 按成绩排序
    sort(students.begin(), students.end(), compareByScore);
    
    cout << "=== 成绩排名 ===" << endl;
    for (size_t i = 0; i < students.size(); i++) {
        cout << (i+1) << ". ";
        cout << students[i].name << " (ID:";
        cout << students[i].id << ") - ";
        cout << students[i].score << "分" << endl;
    }
    
    // 查找学生
    int index = findStudent(students, 1002);
    if (index != -1) {
        cout << "\n找到学生：" << students[index].name << endl;
    }
    
    return 0;
}

📝 实战练习

📝 理解测试

以下代码的输出是什么？

#include <iostream>
using namespace std;

struct Point {
    int x;
    int y;
};

void modify(Point p) {
    p.x = 100;
    p.y = 200;
}

int main() {
    Point pt = {1, 2};
    modify(pt);
    cout << pt.x << "," << pt.y << endl;
    return 0;
}

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💻 综合挑战

题目：设计一个Book（图书）结构体系统：
1. 定义Book结构体：书名、作者、价格、ISBN
2. 创建图书数组（至少3本书）
3. 实现功能：查找最贵的书、计算平均价格、按价格排序
4. 输出所有图书信息和统计结果

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